대용량 배터리 시스템의 사용이 빠르게 늘어나고 있다. 이는 배터리 기술과 소재가 지속적으로 발전해왔기 때문이다. 하지만, 최근 출시되는 배터리는 용량, 수명 및 안전성을 유지하기 위해 세심한 모니터링과 제어가 필요하다. 따라서 대용량 배터리 팩은 정교한 배터리 관리 전자장치를 필요로 한다. 이 글에서는 리니어의 멀티셀 배터리 스택 모니터링 IC LTC6811에 대해 알아본다. 전기차(EV)와 하이브리드전기차(HEV)뿐만 아니라 백업용 및 비중단용 에너지 저장 같은 부수적인 시장까지 대용량 배터리 시스템의 사용이 빠르게 늘어나고 있다주1). 이는 배터리 기술과 배터리 소재가 지속적으로 발전해 왔기 때문이다. 그렇기는 하나 첨단 배터리는 용량, 수명, 안전성을 유지하기 위해서는 세심한 모니터링과 제어를 필요로 한다. 그런데다가 수 킬로와트 규모의 시스템을 구축하기 위해서는 수십 혹은 수백 개의 배터리 셀들을 직렬로 연결해야 한다. 그러므로 시스템의 관점에서는 배터리 스택이 하나의 단일적인 전원 소스라고 하더라도 각각의 개별 배터리 셀을 세심하게 관리하는 것이 필요하다. 이런 이유에서 대용량 첨단 배터리 팩은 정교한 배터리 관리 전자장치를 필요로 한다. 배터리 셀
[메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(1) / 좌표변환을 통한 메카넘 구동 시스템 제어 [메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(2) / 상대좌표계 생성을 통한 메카넘 구동 시스템의 주행 일반적인 차량의 주행은 2자유도를 기반으로 구성된다. 전/후진을 수행하는 Y-축 방향 이동과 Z-축 중심으로 회전을 수행하는 요잉(yawing)으로 운동이 한정되어 있으며, 주행을 위한 명령 또한 2가지 운동방향에 기반을 둔 지령에 국한된다. 그렇지만 메카넘 구동 시스템의 경우에는, 주행에 필요한 운동에 있어서 Y-축 방향 이동 및 요잉-회전뿐만 아니라, 좌/우진을 수행하는 X-축 방향 이동을 추가로 수행할 수 있다. 그러므로 메카넘 구동 시스템의 주행은 3자유도 운동에 대한 명령이 필요하며, 제어시스템 구성 시 운동에 필요한 3가지 정보를 미리 구성하고 경로나 공정에 따라 적절히 지령을 송신하도록 구성되어야 한다. 그러나 일반적인 무인주행차량은 추적(tracking) 기반의 자율주행을 바탕으로, 지정된 경로를 주행 후 특정 위치에 도달하면 시퀀스에 맞춰 공정을 수행하는 시스템을 기반으로 운용되고 있다. 이것은 지정된 라인을 원점으로
[메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(1) / 좌표변환을 통한 메카넘 구동 시스템 제어 [메카넘 구동 시스템 (5)] 메카넘 구동 시스템 제어기술(2) / 상대좌표계 생성을 통한 메카넘 구동 시스템의 주행 메카넘 구동 시스템은 그림 1에 표시된 바와 같이 일반적인 구동 시스템의 주행 방식에 1개의 자유도(degree of freedom)가 추가되어 전/후진, 좌/우진, 제자리 회전이 가능한 시스템이다. ▲ 그림 1. 일반적인 구동 시스템과 메카넘 구동 시스템의 자유도 메카넘 휠의 구동을 통해 만들 수 있는 이러한 주행들은 사람의 보행 기법과 유사한 형태의 움직임이므로 사용자 관점에서 직관적으로 차량을 조작하여 구동시킬 수 있다. 이를 통해 메카넘 구동 시스템으로 하여금 즉각적인 장애물 회피나 사선 방향의 이동 등 주행 성능을 향상시키고, 최적의 경로를 찾거나 임의의 회전중심 기반 회전을 통하여 적재물의 적·하역에 편의성을 높일 수 있다. 특히 차동-조향 시스템의 일반 차량이 가지는 특수한 제약 속에서 벗어나, 협로 진입을 위해 필요로 하는 큰 회전반경이나 주차를 위한 후진과 같은 불필요한 구동을 최소화할 수 있다. 또한, 기
고효율 산소 환원 반응을 일으키는 연료전지 촉매 개발 자동차용, 발전용, 휴대용을 포함한 고분자전해질 연료전지 시장은 2012년 4억 6800만 달러에서 2017년 12억 4800만 달러로 급격한 성장이 전망되고 있다[BCC Research, 2013]. 그러나 현재 연료전지 전극에 고가의 백금 촉매를 대량으로 사용하고 있어 아직까지는 에너지 변환장치로서의 경제적 효용성이 낮게 평가되고 있다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 직접 전기를 생산하는 발전장치다. 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부에서 공급받으므로 배터리와 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시킬 수 있어 미래 자동차용(수소 연료전지 자동차) 주 동력원으로서 주목을 받고 있다. 이론 효율이 83% 이상으로 기존 내연기관에 비해 월등히 높고, 반응 부산물로 물 외에 일체의 오염물질 배출이 없으므로 차세대 친환경 동력원으로도 각광받고 있다. 연료전지의 산화극(Anode)과 환원극(Cathode)의 두 전극에 수소(H2)와 산소(O2)를 공급하면 수소와 산소는 각각 산화/환원반응이 일어나고, 전기회로에는 전자(e)의 흐름이 생겨 전기에너지를 발생시키며 최종적으로
이 글에서는 포지셔닝 모터 애플리케이션용 모터 선택 방법을 알아본 후, 스테퍼의 물리학, 기본 컨트롤 시스템의 전자 공학을 비롯해 모터 컨트롤용 소프트웨어 아키텍쳐 등 스테핑 모터 및 스테핑 모터 컨트롤 시스템의 기본 원리를 알아본다. 스테핑 모터는 정류(commutation)가 없는 전기 모터라고 생각하면 이해가 편하다. 통상적으로 모터의 모든 권선(winding)은 고정자(stator)의 한 부분이며 로터(rotor)는 영구 자석이거나 가변 릴럭턴스 모터의 경우 자성을 띈 연성 소재로 된 톱니 블록이다. 모든 정류는 모터 컨트롤러에 의해 외부적에서 처리되어야 한다. 통상적으로, 모터와 컨트롤러는 모터를 한쪽 방향 또는 그 반대쪽 방향으로 회전하게 하고 특정한 위치에서 정지할 수 있도록 설계된다. 알려진 바와 같이 대부분의 스테퍼는 스테퍼를 아주 빠르게 회전하도록 하는 가청 주파수에 의해 한 단계씩 진행되며 적절한 컨트롤러를 통해 조정되는 방향으로 즉시 작동 및 정지를 할 수 있다. 스테퍼 모터는 무엇보다도 먼저 포지셔닝 애플리케이션에 사용되지만 그 것이 전부는 아니다. 이제 카메라를 가져와 모든 경우를 확인해 보자. 지금부터 포지셔닝 모터 애플리케이션용
전자기기류의 경량·소형화, 고기능화가 진행됨에 따라 반도체 IC(Integrated Circuit)의 고집적화에 대한 움직임이 진행되고 있다. 이에 따라, ‘JEL 반송 로봇’이 취급하는 반송 워크도 박형화(薄型化)로 발전하면서 워크 자체의 변형도 커지는 경향이다. 이 워크를 지금까지 이상의 정밀도를 갖고 반송할 필요성이 나오고 있다. ▲ 사진 1. JEL의 Wafer 핸들링 시스템 개발 배경 기존 대표적인 워크의 유지방법으로는 ‘진공흡착 방식(그림 1)’, ‘Passive 방식(그림 2)’, ‘에지그립 방식(그림 3 및 사진 2)’이 있다. 이 같은 기존 방식들은 몇 가지 단점을 가진다. ▲ 그림 1. 기존 ‘흡착 척’의 예 ▲ 그림 2. 기존 ‘Passive 척’의 예 ▲ 그림 3. 기존 ‘에지그립 척’의 예 ▲ 사진 2. 기존 ‘에지그립 척’의 예 진공흡착 방식은 흡착 유지 시, 면압력에 의한 응력 집중으로 워크의 손상이 커진다. Passive 방식은 가이드(홈)에 위치시
현대의 전기 시스템에는 여러 이유로 절연이 필요하다. 최근 절연 기술의 발전으로 새로운 솔루션이 가능해지고 시스템 비용이 절감됨에 따라 고객들은 장비의 성능 한계를 더욱 높일 수 있게 되었다. 이 글에서는 절연 기술의 최신 혁신을 주도함과 동시에 그 혜택을 입고 있는 주요 최종 애플리케이션들에 대해 논의한다. 절연은 시스템의 두 부분 간에 DC와 비제어 AC 전류를 방지하는 수단이자, 이 두 부분간의 신호 및 전력 전송을 허용하는 수단이다. 절연에 사용되는 전자기기와 집적회로(IC)를 아이솔레이터(Isolators)라고 한다. 현대의 전기 시스템에는 여러 이유로 절연이 필요하다. 예컨대, 휴먼 오퍼레이터(human operators)를 보호하고 고전압 시스템의 값비싼 프로세스가 손상되는 것을 방지하며, 통신 네트워크의 그라운드 루프를 분리하는 등 모터 드라이브나 전원 컨버터 시스템의 하이사이드 디바이스까지 통신을 위한 이유들이 있을 수 있다(그림 1). 절연이 필요한 애플리케이션의 예로는 산업 자동화 시스템, 모터 드라이브, 의료장비, 태양광 인버터, 전원 공급 장치, 전기자동차(EV) 등이 있다. ▲ 그림 1. 전원 드라이브 시스템의 전형적인 절연 구조 최
자동화 시스템 PSS 4000은 안전 자동화 PLC로 2009년에 출시되어 일반 산업군 외에 높은 신뢰성이 요구되는 산업군인 발전소, 풍력, 철도산업 등에서 글로벌하게 적용되고 있다. 이러한 산업군은 까다로운 안전 표준의 적용이 필요하고, 높은 신뢰성과 안전 등급에 대한 관련 인증을 받아야 하는 등 절차가 복잡하다. PSS 4000은 점차 높은 신뢰성과 설비 개선을 해야 하는 일반 산업군으로 적용이 확대되고 있다. 필츠의 안전 자동화 시스템인 PSS 4000은 안전 자동화의 통합 솔루션으로서, 독립적으로 동작하는 듀얼 프로세서 구조를 통해 소프트웨어 오류를 검출하며 광범위한 진단 기능 등 예상치 못한 상황에서 시스템이 즉시 안전모드로 전환되므로 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있다. 그뿐만 아니라 중앙 집중식 구성에서 분산형 제어 시스템 구성으로 다양한 솔루션에 유연하게 적용 가능하다. ▲ 안전자동화 솔루션 ‘PSS 4000’ 간편한 시스템 구성 PSS 4000은 기존 모듈타입의 분산 I/O 시스템인 PSSuniversal의 헤드 모듈에 Safety PLC(멀티채널 프로세서)를 탑재한 형태로, 헤드 모듈의 교체로 간단하게 시스템 업그레이드가
프레스 금형에는 여러 가지 공법이 있는데, 그 중에 프로그레시브 공법이 있다. 일반적이고 보편적인 프로그레시브 금형은 우리나라 기술이 세계적으로 인정받고 있으며, 수출도 많이 하고 있다. 그러나 형상을 가진 프로그레시브 금형은 구조, 이송, 취출에 있어 일반적인 방법이 아니다. 일부 회사에서 형상 프로그레시브 금형을 제작하고는 있지만, 아직 공개된 기술은 없다. 이 글에서는 이처럼 공개되지 않은 형상 제품의 프로그레시브 금형을 다루고자 하며, 특히 동사에서 필자가 직접 설계하여 현장에서 성공적으로 생산한 기술에 대해 소개한다. 이번 회에는 프로그레시브 금형에서 제품 높이가 비교적 높은 상향 드로잉 구조의 사례를 두 가지 소개하고자 한다. 문헌이나 기술서적에서 많이 소개되는 드로잉 레이아웃이지만 실제로 금형은 흔하지 않으며, 제대로된 구조가 표현된 기술서적은 구하기 어렵다. 실제로 상향 드로잉 공법으로 금형 언밸런스를 제거하여 생산에 적용하고 있는 업체는 몇 안 되는 것으로 알고 있다. 프로그레시브 드로잉에서는 드로잉 성형이 어렵다기보다는 구조 기술이 어렵다. 상향 드로잉에 있어서 스트립 언밸런스가 제거되지 못하는 형상이 있는데, 이것에 대한 스트립 적용 방법
최근 저전력 설계에 대한 연구가 집중적으로 진행됨에 따라 대기 전력 소비가 점차 줄어들었다. 그러나 원격으로 제어되는 가전 기기의 수가 증가하고 있어 총 대기 전력은 계속해서 증가할 것으로 전망된다. 이와 관련, STMicroelectronics는 일반적인 사용조건에서 대기 전력을 두 배로 줄이고, 어두운 상태에서 대기 전력을 ‘제로’(100nA)에 가깝게 줄인 새로운 원격 제어 시스템을 제안한 후, 이를 구현해 실험했다. 경제 불황과 에너지 위기가 심화되면서 에너지 소비를 최대한 줄여야 할 필요성이 더욱 커지고 있다. 에너지 소비를 줄이기 위한 주요 과제 중 하나는 전자 제품의 대기 전력 소비를 줄이는 것이다. 최근 들어 대기 전력을 줄이기 위해 지속적으로 많은 연구 개발이 이루어지고 있지만, 전자 제품의 수가 엄청나게 증가함에 따라 여전히 무시할 수 없는 숙제로 남아 있는 상황이다. 여기서는 이러한 문제를 해결하기 위해 광학 에너지에서 전기 에너지로의 변환을 기반으로 하는 새로운 기술을 소개한다. 이 솔루션은 대기 상태를 넘어, 실제로 꺼져 있는 가전까지 적용된다. 여기서 소개할 STZW500L1은 혁신적인 IC로, 특별히 설계된 광
사물 인터넷을 위한 새로운 커넥티드 디바이스를 개발하기 위해서는 이러한 디바이스와 메쉬 네트워크의 특성을 이해해야 한다. 디바이스 동작은 메시지 지연시간, 전력 소모, 배터리 수명 같은 특성들을 결정하며, 네트워크 동작은 엔드투엔드 메시지 지연시간, 전반적인 쓰루풋, 네트워크 확장성 등에 영향을 미친다. 그러므로 새로운 커넥티드 디바이스를 설계할 때 이러한 기본적인 동작을 이해하고 설계 사항들을 신중하게 고려해야 한다. 이 글에서는 디바이스 동작과 네트워크 동작이 주요 파라미터와 성능에 미치는 영향에 대해서 살펴본다. 수 천만대의 기기들이 데이터 속도가 느린 IEEE 802.15.4 무선 네트워크에 연결되어 사용되고 있다. 이 네트워크는 독자적인 점대점 방식에서부터 ZigBee 및 새로운 스레드 프로토콜과 같은 IP 기반 메쉬 네트워킹 스택에 이르기까지 다양한 프로토콜을 사용한다. IoT(사물 인터넷)를 위한 새로운 커넥티드 디바이스를 개발하기 위해서는 이러한 디바이스와 메쉬 네트워크의 특성을 이해해야 한다. 디바이스 동작은 메시지 지연시간, 전력 소모, 배터리 수명 같은 특성들을 결정하며, 네트워크 동작은 엔드투엔드(end-to-end) 메시지 지연시간,
시스템 아키텍처는 진화에 따라 시스템과 운용환경 그리고 하부체계와 같은 내부요소 상호간에 적합하게 호환성을 지녀야 한다. 이는 양방향 인터페이스 표준에 적합하도록 요구되고 있다. 인터페이스로 인해 새로 개발해야 하는 경우가 발생하거나 기존에 존재하고 있던 인터페이스일 경우, 신규 개발을 위한 적합한 베이스라인을 다시 설정해야 한다. 어떠한 경우든 이러한 신규 시스템, 제품 또는 용역에 대한 상호작용을 해결해야 하는 시스템 엔지니어는 사고, 프로세스 및 방법을 일치시키고 인터페이스를 해결하기 위한 공통적인 시스템 설계를 수행해야 한다. 이와 같이 공통목적을 수행하기 위한 메커니즘은 엔지니어링 표준, 참조 및 규약을 어떻게 설정할 것인가에 달려있다. 수많은 시스템이 인터페이스의 양방향을 적용하고 있는 기계, 전기, 화학, 광학, 소프트웨어 및 정보 교류와 소통에 단순한 에러로 인해 시스템 통합이나 그 임무 수행이 어렵게 개발됐다. 이 글은 엔지니어링 표준, 참조, 규약에 대한 프레임을 시스템 설계의 길잡이로서 ‘선행’적으로 시스템 엔지니어가 설정해야 할 필요성을 살펴보려고 한다. 이를 위해 각 토픽 분야를 설정하고 적합하고 호환적인 인터페이
3상 전원이 공급되도록 설계된 전자 계량기나 고전력 가전 제품 등에서 사용되는 전원 공급 장치는 고전력 발생 시 위상 간 연결 착오를 견딜 수 있어야 한다. 여기서는 회로 설계 및 부품 선택을 간소화시키고, 높은 효율성과 신뢰성을 보장하는 새로운 프리 레귤레이터 토폴로지 등의 전원 공급 장치 설계를 위한 접근법에 대해 알아본다. 위상 장애 면역 전자 계량기 AC 전원 공급 장치에 연결 착오가 발생하거나 3상 전원으로 작동하는 에어컨 또는 인덕션 쿠커 등의 고출력 부하가 두 개의 위상에 잘못 연결될 경우, 전원 공급 인풋에서 매우 높은 전압이 발생할 수 있다. 이러한 종류의 오류에서 자유롭기 위해서는 평소 주 AC/DC 전원 공급 장치가 주 RMS 공급 전원의 약 두 배에 달하는 전압을 견딜 수 있어야 한다. 미국에서 운용되는 시스템의 경우에는, 평상시 주 전압이 110Vac일 때 범용 메인 입력값을 가진 SMPS가 이 요건을 충족시킬 수 있다. 하지만 유럽이나 아시아에서는 SMPS가 460V(정류 시 600Vdc 이상)에 달하는 전압을 견딜 수 있어야 한다. 입력 시 두 개의 벌크 커패시터를 직렬 연결하여 표준 SMPS 입력 값을 수정하면 가능해진다. 그런
[메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(1) / 메카넘 휠의 기본 구성 [메카넘 구동 시스템 (4)] 메카넘 휠 설계기술(2) / 다양한 종류의 자유 롤러 그림 7과 같이 두 개의 반쪽짜리 롤러 쌍이 하나의 롤러와 같은 역할을 하는 분리식 자유 롤러도 있다. 이때 자유 롤러를 지지하는 림 휠의 홀이 하나밖에 없으므로 자유 롤러 양쪽을 지지하는 일반적인 메카넘 휠보다 더 큰 전단력을 받게 된다. 하지만 그림 7(b)와 같이 림 휠의 설계가 단순하고 제작하기 편리하여 생산 비용이 저렴하기 때문에 가벼운 하중을 지지하는 단순한 메카넘 구동 시스템(그림 8)에서 많이 활용된다. ▲ 그림 7. 분리식 자유 롤러와 림 휠 ▲ 그림 8. 분리식 롤러를 사용한 경량형 메카넘 구동 시스템 메카넘 구동 차량이 주행 도중에 노면의 기울어짐이나 요철에 의해 차량에 롤(roll) 각이 생기는 경우, 지면과의 접지력이 낮아져 구동 효율성이 저하된다. 그래서 이를 보조하고 동시에 림 휠의 손상을 방지하기 위해 그림 9와 같이 자유 롤러 양 끝단에 조그마한 롤러를 추가하기도 한다. 또한, 림 휠 간의 간격을 좁히게 되어 고하중 적재물에 대한 자유 롤러 축의 처짐을 작게 할 수
쉽게 설치하고, 쉽게 측정하고, 쉽게 확인하는 3D Laser Profile Scanner! 3D TV, 3D 지도, 3D 프린터, 3D 스캐너와 같이 3D라는 단어를 사용한 제품들이 산업 현장과 생활 속에 자리를 잡았다. 이중에서도, 3D 스캐너란 무엇이며 어떤 분야에 활용할 수 있을까? 3차원 스캐너 기술에 대한 이해를 돕기 위해 3차원 스캐너 종류, 측정 방식 등에 대해서 알아보고, 휴대성, 가격, 사용 편의성, 국산화 대체 등을 고려해 라온피플에서 개발 중인 3D 레이저 프로파일 스캐너에 대해서 자세히 살펴본다. 3D 스캐너의 개요 1. 3D Scanner란? 주변에서 3D라고는 하는데 2D와 3D의 차이점은 무엇일까? 수학적으로 매우 간단하게 설명하면, 2D+1D=3D이다. 2D에서는 이미지 영상에 2개의 좌표(일반적으로 X, Y)가 필요하다. 3D에는 X, Y좌표계 외에 추가적으로 높이 정보를 포함하고 있는 Z좌표가 추가된 것이다. 팩스, X-RAY는 대표적인 2D 스캐너라고 할 수 있다. 이러한 2D 스캐너에 높이(또는 깊이) 정보가 포함되는 것이 3D 스캐너이다. 즉, 3D 스캐너는 측정하고자 하는 피사체에 대해서 3차원 영상정보를 획득할 수